Under de förhållanden som finns i celler antar DNA en dubbel helixstruktur. Även om det finns flera variationer på den här dubbla spiralstrukturen har alla samma grundläggande tvinnade stege. Denna struktur ger DNA fysiska och kemiska egenskaper som gör den mycket stabil. Denna stabilitet är viktig eftersom den hindrar de två DNA-strängarna från att brytas isär spontant och spelar en viktig roll i hur DNA kopieras.
Termodynamik
Entropi är en fysisk egenskap som är analog med störning. Den andra lagen om termodynamik antyder att processer som bildandet av en dubbel helix kommer hända spontant endast om de resulterar i en nettoökning av entropi (indikeras främst av frisläppandet av värme). Ju större ökning av entropi som åtföljer bildandet av spiralen, desto större frigöring av värme i molekylens omgivning och desto stabilare blir dubbelhelixen. Den dubbla spiralen är stabil eftersom dess bildning leder till en ökning av entropin. (Däremot leder DNA-upplösning till en minskning av entropi, vilket indikeras av värmeupptagning.)
Nukleotider
DNA-molekylen är tillverkad av många underenheter fästa vid varandra i en lång, vriden stege-liknande kedja. De enskilda underenheterna kallas nukleotider. DNA i celler finns nästan alltid i dubbelsträngad form, där två polymersträngar är sammanlänkade för att bilda en enda molekyl. Vid pH (saltkoncentration) och temperaturförhållanden som finns i celler, bildar en dubbel helix en nettoökning av entropi. Det är därför den resulterande strukturen är mer stabil än de två trådarna skulle vara om de förblev åtskilda.
Stabiliserande faktorer
När två DNA-strängar kommer ihop bildar de svaga kemiska bindningar som kallas vätebindningar mellan nukleotiderna i de två kedjorna. Obligationsbildning frigör energi och bidrar därmed till en nettoökning av entropi. En ytterligare entropiboost kommer från interaktioner mellan nukleotiderna i mitten av spiralen; dessa kallas basstapelinteraktioner. De negativt laddade fosfatgrupperna i ryggraden i DNA-strängarna stöter ut varandra. Denna destabiliserande interaktion övervinns emellertid av de gynnsamma vätebindnings- och basstapelinteraktionerna. Det är därför dubbel-helix-strukturen är mer stabil än enstaka strängar: dess bildning orsakar en nettovinst i entropi.
DNA-former
DNA kan anta en av flera olika dubbla helixstrukturer: dessa är A-, B- och Z-formerna av DNA. B-formen, den mest stabila under cellulära förhållanden, anses vara "standard" -formen; det är den du brukar se i illustrationer. A-formen är en dubbel helix men är mycket mer komprimerad än B-formen. Och Z-formen är vriden i motsatt riktning än B-formen och dess struktur är mycket mer "utsträckt." A-formen finns inte i celler, även om vissa aktiva gener i celler verkar använda sig av Z-form. Forskare förstår ännu inte helt vilken betydelse detta kan ha eller om detta har någon evolutionär betydelse.
